无线通信系统中雷达信号检测的方法、系统及介质技术方案

本发明专利技术提供了一种无线通信系统中雷达信号检测的方法、系统及介质，包括：脉冲宽度获取步骤：对检测窗口内的输入信号，搜索脉冲信号，记录下脉冲信号的起始位置和结束位置，获取脉冲信号的脉冲宽度及脉冲周期；信号过零点检测步骤：根据搜索到的脉冲信号，检测脉冲信号内部过零点的位置以及个数。本发明专利技术利用雷达信号的相邻过零点间隔的差值的绝对值的统计特征，提高了脉冲个数比较少的长脉冲chirp雷达信号的检测概率，同时过滤了其他宽带通信系统的干扰，降低了周期检测的复杂度，降低了雷达信号的漏检概率和虚警概率。

Method, System and Media of Radar Signal Detection in Wireless Communication System

【技术实现步骤摘要】
无线通信系统中雷达信号检测的方法、系统及介质
本专利技术涉及无线通信系统中信号检测的设计领域，具体地，涉及无线通信系统中雷达信号检测的方法、系统及介质。尤其地，涉及一种无线通信中雷达信号的检测方法和装置。
技术介绍
由于现在已有的2.4G和5.8G非授权频段比较拥挤，不同国家和地区开放了更多的非授权5G频段用于无线通信。其中的5250MHZ～5350MHZ以及5470MHZ～5725MHZ频段，可能存在雷达装置，包括气象雷达、军事雷达等。为了避免无线通信系统对雷达装置产生干扰，不同国家和地区的组织要求工作在这个频段的无线通信系统必须具备动态频率选择机制。核心要求是设备具有检测雷达信号的能力，在发现雷达信号后，无线通信系统不能继续在这个频段上进行工作。欧洲电信标准协会(ETSI)和美国联邦通信委员会(FCC)都对雷达信号的检测给出了具体的要求。按照一个脉冲内的雷达信号的频率变化，ETSI和FCC中需要检测的雷达信号类型分为两类。一类是频率固定不变的单音雷达信号，另外一类是频率随着时间线性变化的chirp雷达信号。其中单音雷达信号的脉冲宽度比较窄，对于ETSI模式单音雷达信号脉冲的宽度在0.5us～15us，FCC模式下的宽度在1us～20us。单音雷达信号都有良好的周期性，对于ETSI脉冲的间隔在250us～5000us，对于FCC脉冲的间隔在150us～3066us。对于chirp雷达信号，脉冲宽度比较长，对于ETSI模式它的脉冲宽度在20us～30us，对于FCC模式它的脉冲宽度在50us～100us。对于ETSI，chirp雷达信号同样具有很好的周期性。但是对于FCC模式，一个脉冲串里面只有1～3个脉冲，当只有一个脉冲，完全不具备周期性，即使有2～3个脉冲，也有很大概率由于脉冲信号没有落在接收窗口内，导致丢失其中的一个脉冲，而失去周期性。ETSI和FCC要求的雷达信号的检测能量阈值为-64dBm或者-66dBm，是一个很强的信号。对于现有的大部分通信系统，接收功率在-75dBm以下都能有很好的性能。因此需要检测的雷达信号能量都远大于正常接收的能量，在接收信号中以脉冲的形式出现。在这种情况下，不需要利用复杂的相关运算的方法发现雷达信号，可以通过能量阈值发现雷达脉冲。早期的方法中，当信号中能量超过设定的绝对阈值的脉冲个数超过设定的阈值时，就认为包含雷达信号。这种方法能够保证检测到雷达信号的概率，但是虚警概率很高。由于一旦误判为雷达信号，ETSI和FCC要求设备在30分钟内无法再次使用这个频点，这将大大降低通信系统可用的频谱资源。后面的技术开始考虑在能量阈值之外，进一步考虑利用雷达脉冲出现的周期性，滤除虚假的雷达信号。这个方法相比早期的方法大大降低了虚警概率，但是同时也带来了新的问题。一方面，周期性检测要求脉冲个数比较多，正如前面提到的对于FCC的部分雷达信号，本身脉冲个数比较少，不具备很好的周期性。由于时分双向通信设备在正常工作的时候要周期性的进行收发操作，会进一步降低落入接收时隙内的脉冲个数。另一方面，由于在5G频段上工作的通信系统比较多，在无线通信环境中，接收到的信号叠加了其他宽带通信系统的干扰。比如5G频段上存在WIFI系统，基于OFDM调制方式的时域信号峰均比很高，以及存在短的控制帧。根据脉冲宽度无法过滤掉这类WIFI信号，这就对周期性检测提出了更高的要求。现有的一些技术中，由于本身是WIFI系统，针对这类脉冲进行了WIFI帧头检测。如果发现这个脉冲中存在WIFI的帧头，则认为不是雷达信号。但是对于非WIFI系统，如果花费资源对WIFI信号进行检测，将大大提高系统的复杂度。因此需要利用雷达信号自身更多的特征滤除虚假的信号，降低虚警概率。对于雷达脉冲信号来说，单音雷达在整个脉冲宽度内频率保持不变，过零点的间隔就是相位变化超过π的时间，是一个固定的值，因此相邻过零点间隔的差值为0。对于chirp雷达来说，信号的频率在脉冲宽度内线性变换，在大范围内过零点的间隔变化比较大。但是在比较短的时刻内，频率的变化引起的相位变化不是很大。因此对于大部分相邻过零点间隔的差值的绝对值，它的取值都在一个比较小的范围内。而对于普通宽带信号，相位的变化是随机的，过零点是随机分布的，不存在类似的性质，因此可以利用这个特性滤除普通宽带信号。专利文献CN106385324A(申请号：201510448379.7)公开了一种雷达信号检测方法，所述方法包括：按检测周期循环检测参考信道上是否存在雷达信号，所述检测周期包括检测时间和空闲时间，所述雷达信号包括多个雷达脉冲；当所述参考信道上存在雷达信号时，获取所述雷达信号的雷达周期，所述雷达周期为相邻两个雷达脉冲之间的时间间隔；根据所述雷达周期确定所述雷达信号的类型。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种无线通信系统中雷达信号检测的方法、系统及介质。根据本专利技术提供的一种无线通信系统中雷达信号检测的方法，包括：脉冲宽度获取步骤：对检测窗口内的输入信号，搜索脉冲信号，记录下脉冲信号的起始位置和结束位置，获取脉冲信号的脉冲宽度及脉冲周期；信号过零点检测步骤：根据搜索到的脉冲信号，检测脉冲信号内部过零点的位置以及个数；过零点分布记录步骤：根据获得的脉冲信号内部过零点的位置，采用过零点间隔统计方法，计算相邻过零点间隔的差值的绝对值，对结果进行统计，获得相邻过零点间隔的差值的绝对值的累积概率分布情况；雷达脉冲获取步骤：根据获得的脉冲宽度及相邻过零点间隔的差值的绝对值的分布情况，判断脉冲信号是否为雷达脉冲：若是，则进入雷达信号判断步骤继续执行；否则，则判定不存雷达信号，返回脉冲宽度获取步骤继续执行；雷达信号判断步骤：根据获得的雷达脉冲，与设定的滑动时间窗口内的其他雷达脉冲信号联合进行检测，判断当前窗口内是否存在雷达信号。优选地，所述脉冲宽度获取步骤：所述输入信号为：经过前端放大后的基带信号；所述脉冲信号为：能量超过设定阈值的信号；所述检测窗口包括：连续的接收窗口或者时间上分隔开的多个接收窗口；所述脉冲信号的起始位置为：输入信号的能量大小超过设定的第一能量阈值的时刻；所述脉冲信号的结束位置为：在所述脉冲的起始位置之后，输入信号的能量大小小于设定的第二能量阈值的时刻；所述的第一能量阈值和第二能量阈值根据需要检测的雷达信号的最低能量强度，接收信号的能量增益，以及接收信号的饱和值设定。优选地，所述信号过零点检测步骤：对每一个脉冲信号单独进行检测，过零点个数初始为零；所述对每一个脉冲单独进行检测包括：准备检测步骤：检测当前时刻输入信号的能量是否超过设定的第一能量阈值：如果超过第一能量阈值，则进入进行检测步骤继续执行；否则，则继续检测；进行检测步骤：当输入信号的实部或虚部的符号位相对于前一个时刻出现翻转时，记录本时刻为过零点位置，过零点个数加1，进入退出检测步骤继续执行；退出检测步骤：判断当前的输入信号的实部或虚部的绝对值是否超过设定的幅度阈值：如果高于阈值，则返回准备检测步骤；否则，则停留在当前阶段，输出检测到的脉冲信号内部过零点的位置以及个数。优选地，所述过零点分布记录步骤：根据获得的检测的脉冲信号内部过零点的位置以及个数，将相邻的过零点的位置相减，得到过零点时间的间隔；将相邻的过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线通信系统中雷达信号检测的方法，其特征在于，包括：脉冲宽度获取步骤：对检测窗口内的输入信号，搜索脉冲信号，记录下脉冲信号的起始位置和结束位置，获取脉冲信号的脉冲宽度及脉冲周期；信号过零点检测步骤：根据搜索到的脉冲信号，检测脉冲信号内部过零点的位置以及个数；过零点分布记录步骤：根据获得的脉冲信号内部过零点的位置，采用过零点间隔统计方法，计算相邻过零点间隔的差值的绝对值，对结果进行统计，获得相邻过零点间隔的差值的绝对值的累积概率分布情况；雷达脉冲获取步骤：根据获得的脉冲宽度及相邻过零点间隔的差值的绝对值的分布情况，判断脉冲信号是否为雷达脉冲：若是，则进入雷达信号判断步骤继续执行；否则，则判定不存雷达信号，返回脉冲宽度获取步骤继续执行；雷达信号判断步骤：根据获得的雷达脉冲，与设定的滑动时间窗口内的其他雷达脉冲信号联合进行检测，判断当前窗口内是否存在雷达信号。

【技术特征摘要】
1.一种无线通信系统中雷达信号检测的方法，其特征在于，包括：脉冲宽度获取步骤：对检测窗口内的输入信号，搜索脉冲信号，记录下脉冲信号的起始位置和结束位置，获取脉冲信号的脉冲宽度及脉冲周期；信号过零点检测步骤：根据搜索到的脉冲信号，检测脉冲信号内部过零点的位置以及个数；过零点分布记录步骤：根据获得的脉冲信号内部过零点的位置，采用过零点间隔统计方法，计算相邻过零点间隔的差值的绝对值，对结果进行统计，获得相邻过零点间隔的差值的绝对值的累积概率分布情况；雷达脉冲获取步骤：根据获得的脉冲宽度及相邻过零点间隔的差值的绝对值的分布情况，判断脉冲信号是否为雷达脉冲：若是，则进入雷达信号判断步骤继续执行；否则，则判定不存雷达信号，返回脉冲宽度获取步骤继续执行；雷达信号判断步骤：根据获得的雷达脉冲，与设定的滑动时间窗口内的其他雷达脉冲信号联合进行检测，判断当前窗口内是否存在雷达信号。2.根据权利要求1所述的无线通信系统中雷达信号检测的方法，其特征在于，所述脉冲宽度获取步骤：所述输入信号为：经过前端放大后的基带信号；所述脉冲信号为：能量超过设定阈值的信号；所述检测窗口包括：连续的接收窗口或者时间上分隔开的多个接收窗口；所述脉冲信号的起始位置为：输入信号的能量大小超过设定的第一能量阈值的时刻；所述脉冲信号的结束位置为：在所述脉冲的起始位置之后，输入信号的能量大小小于设定的第二能量阈值的时刻；所述的第一能量阈值和第二能量阈值根据需要检测的雷达信号的最低能量强度，接收信号的能量增益，以及接收信号的饱和值设定。3.根据权利要求2所述的无线通信系统中雷达信号检测的方法，其特征在于，所述信号过零点检测步骤：对每一个脉冲信号单独进行检测，过零点个数初始为零；所述对每一个脉冲单独进行检测包括：准备检测步骤：检测当前时刻输入信号的能量是否超过设定的第一能量阈值：如果超过第一能量阈值，则进入进行检测步骤继续执行；否则，则继续检测；进行检测步骤：当输入信号的实部或虚部的符号位相对于前一个时刻出现翻转时，记录本时刻为过零点位置，过零点个数加1，进入退出检测步骤继续执行；退出检测步骤：判断当前的输入信号的实部或虚部的绝对值是否超过设定的幅度阈值：如果高于阈值，则返回准备检测步骤；否则，则停留在当前阶段，输出检测到的脉冲信号内部过零点的位置以及个数。4.根据权利要求3所述的无线通信系统中雷达信号检测的方法，其特征在于，所述过零点分布记录步骤：根据获得的检测的脉冲信号内部过零点的位置以及个数，将相邻的过零点的位置相减，得到过零点时间的间隔；将相邻的过零点时间的间隔相减，得到相邻过零点间隔的差值；将相邻过零点间隔的差值取绝对值，得到相邻过零点间隔的差值的绝对值；将相邻过零点间隔的差值的绝对值的累积概率分布进行统计，输出相邻过零点间隔的差值的绝对值的累积概率分布情况；所述累积概率统计的间隔根据采样时钟的频率确定；所述过零点间隔统计方法：由于雷达脉冲信号的幅度是恒定的，在一个脉冲内，对于单音雷达信号：单音雷达信号的频率是固定的，则检测的雷达脉冲信号的实部和虚部可以表示为：I(t)＝Arcos(2πfrt+θ)Q(t)＝Arsin(2πfrt+θ)其中，I(t)表示雷达信号的实部；Q(t)表示雷达信号的虚部；t表示雷达信号持续的时间；fr表示雷达频率；Ar表示雷达幅度；θ表示初始相位；对雷达信号的实部进行分析，当2πfrti+θ＝(k+0.5)π的时候为第i个过零点，当2πfr(ti+τ1)+θ＝(k+0.5)π+π的时候为第i+1个过零点，由此得出相邻过零点的间隔τ1只取决于相位变化π的时间，可以用下面的公式表示：τ1是一个固定值，因此相邻过零点的间隔的差值Δτ：Δτ＝0对于chirp雷达信号：chirp雷达信号的频率是线性变化的，chirp带宽为bw，脉冲宽度为pw，则频率的变化速率u＝bw/pw，假设fr0是雷达的初始频率，则雷达的频率为fr(t)：fr(t)＝fr0+ut经过积分后，chirp雷达信号的实部和虚部可以表示为：I(t)＝Arcos[2πfr0t+πut2+θ]Q(t)＝Arsin[2πfr0t+πut2+θ]则的时候为第i个过零点，当2πfr0(ti+τ1)+πu(ti+τ1)2+θ＝(k+0.5)π+π的时候为第i+1个过零点，当2πfr0(ti+τ2)+πu(ti+τ2)2+θ＝(k+0.5)π+2π的时候为第i+2个过零点，通过解方程可以得到第i+1个过零点相距第i个过零点的位置：其中，ti表示第i个过零点出现的时间；τ1表示雷达信号第i+1个过零点相距第i个过零点的位置；以及第i+2个过零点相距第i个过零点的位置为：其中，τ2表示雷达信号第i+2个过零点相距第i个过零点的位置；则相邻过零点间隔的差值为：其中，Δτi表示第i个相邻过零点间隔的差值；由于雷达信号变化的速度很快，趋近于0，当的时候，Δτi近似为：可以得出Δτi的绝对值的结果都集中在0和比较小的值附近，因此对Δτi的绝对值的累积概率分布Pcz(m)进行统计，其中Pcz(m1)表示Δτi小于预设值m1的概率，Pcz(m2)表示Δτi小于预设值m2的概率，输出相邻过零点间隔的差值的绝对值的累积概率分布情况。5.根据权利要求4所述的无线通信系统中雷达信号检测的方法，其特征在于，所述雷达脉冲获取步骤：脉冲宽度比较步骤：根据获得的脉冲宽度，判断所述的脉冲宽度是否在设定的脉冲宽度阈值范围内：若是，则进入过零点数量判断步骤继续执行；过零点数量判断步骤：根据获得的检测的脉冲信号内部过零点的个数，判断所述脉冲信号内部过零点的个数是否小于预设值：若是，则判定所述脉冲信号是有效的雷达脉冲信号；否则，则进入概率分布特定值判断步骤继续执行；概率分布特定值判断步骤：根据所述过零点间隔统计方法输出的相邻过零点间隔的差值的绝对值的累积概率分布情况，判断所述的相邻过零点间隔的差值的绝对值的累积概率分布的选定值Pcz(m1)是否大于设定的选定值阈值：若是，则判定所述脉冲信号是有效的雷达脉冲信号，进入雷达信号判定步骤继续执行；否则，则判定为无效的脉冲信号，返回脉冲宽度获取步骤继续执行；所述脉冲宽度阈值范围根据检测的雷达信号类型确定；所述选定值根据检测的雷达信号类型和接收信号能量水平确定。6.根据权利要求5所述的无线通信系统中雷达信号检测的方法，其特征在于，所述雷达信号判断步骤：脉冲提取步骤：将最新的雷达脉冲的起始位置作为滑动时间窗口的结束位置，减去检测窗口的长度，回溯至检测窗口的起始位置，将在这个检测窗口内的雷达脉冲全部提取出来；脉冲间隔判断步骤：根据获得的检测窗口内的雷达脉冲，将脉冲宽度的差值小于预设宽度差值的脉冲划分为一组，计算这个组内相邻脉冲的间隔时间，获得脉冲间隔，根据获得的脉冲间隔，获得脉冲间隔的集合，集合中任意两个脉冲间隔的差值都小于设定的窗口阈值，判断集合的大小是否超过设定的个数阈值：若是，则认为存在雷达信号，否指，则进入概率阈值比较步骤继续执行；概率阈值比较步骤：将脉冲内统计的累计概率Pcz(m2)与设定的概率阈值进行比较：超过阈值的脉冲个数超过设定的个数后，则认为存在雷达信号；所述设定检测时...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文彦，赵亚东，
申请(专利权)人：上海酷芯微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31